NOTA TÉCNICA GOLPE DE ARIETE
1ª parte
Por Sr. Hernán Levy Publicado en Versión papel Edición Nº 29 Año 06 – Octubre/Noviembre 2008 Nota publicada en m3h revista – Registro de propiedad intelectual realizado y vigente. La reproducción parcial o total está penada por ley Nº11.723. Mayor información: info@emetreshache.com
Verdaderos tsunamis que se producen dentro de las cañerías, pueden llegar a causar severos daños en los componentes del sistema de bombeo. Conozca sus causas y la manera de solucionarlo. QUÉ ES “Golpe de Ariete” (o pulso de Joukowski) se llama a las abruptas diferencias de presión que se suceden en una línea de bombeo. Los arranques o paradas de las bombas, apertura o cierre de válvulas son algunas de las razones para que estos sucesos puedan llegar a desarrollar una gran fuerza destructiva.
CÓMO Un concepto que debemos recordar es el de inercia, principio que formula que todo elemento que se encuentre en movimiento tiende a seguir en movimiento y todo aquel que esté en reposo tiende a seguir en reposo. Imaginemos que el agua que se encuentra dentro de las cañerías es un tren con infinidad de vagones que circula dentro de un túnel, pero con la particularidad que este tren en vez de tener la locomotora adelante arrastrando a todos los vagones detrás de ella funciona al revés, es decir al final de la fila de vagones está la locomotora y desde allí empuja al convoy. Cuando la locomotora arranca suavemente, poco a poco comienzan a tomar velocidad los vagones, van empujándose y arrancando todos armoniosamente.
Ahora si la locomotora arranca a toda velocidad lo que sucederá es que los vagones ya no se empujarán suavemente sino que chocarán entre sí muchos de ellos superponiéndose y chocando contra las paredes del túnel, con mayor facilidad en las curvas. Ahora si sucediera que el tren circula a toda velocidad dentro de de este túnel y el primer vagón chocara contra una pared que marca el final del túnel sucedería lo mismo: todos los vagones chocarían entre sí y los que están en las curvas descarrilarían más fácilmente chocando contra las paredes. Observemos que los vagones que estaban en reposo tienden a seguir en reposo y por eso los “apurados” los chocan y descarrilan. Así como cuando están todos en movimiento tienden a seguir estándolo y por ello se chocan y descarrilan al detenerse abruptamente el primero. Estas mismas situaciones se dan de igual manera dentro de las cañerías, por ejemplo cuando el agua está inmóvil y comienza a movilizarse, si el tiempo de aceleración es muy corto se produce una sobrepresión que se ejerce contra las paredes de la tubería, se moviliza como una ola generando ese pico de presión en el punto por donde se va desplazando y más
Nota publicada en M3h Revista – Registro de propiedad intelectual realizado y vigente. La reproducción parcial o total está penada por ley Nº11.723. Mayor información: info@emetreshache.com
NOTA TÉCNICA
Publicado en Versión papel Edición Nº 29 Año 06 – Octubre/Noviembre 2008
notoriamente aún cuando el cauce de agua gira, se reduce o directamente choca contra una válvula cerrada.
CAUSAS Son distintas las causas por las que se produce este fenómeno aquí las describimos una a una para identificarlas. BAJA COMPRESIBILIDAD. La primer causa a la cual se suma el resto es la baja compresibilidad del agua, para darles una dato concreto el agua se puede comprimir pero hace falta mucha presión, por ejemplo para comprimir 100 lts de agua a 20ºC hacen falta 1.050 2 kg/cm (o sea una columna de agua de 10.500 metros de alto) para reducir el volumen en tan sólo un 4%. Si el agua tuviera la capacidad de compresión del aire, o de los gases en general, este efecto no ocurriría. Los gases tienen sus moléculas mucho más separadas y esta condición permite que su compresión requiera mucha menos presión. Esta diferencia es la que hace que el golpe de ariete sea una situación común en los sistemas de bombeo y no en los de ventilación. VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN. Es definitoria la velocidad a la que se movilice el líquido, y también la aceleración con que llegue a esa velocidad o la desaceleración que sufra. No tenemos que olvidar que cada litro de agua es un kilo de agua en movimiento. Cuando bombeamos manejamos cientos (o miles, o aun más) de litros por minuto, por lo que la masa que está en movimiento será de cientos de kilos o toneladas circulando por la cañería, lo que hace pensar que el ejemplo del tren en el túnel no es tan desacertado. CUESTIÓN DE TAMAÑO. La velocidad a que este flujo circule tiene relación directa con la sección de la cañería en que lo haga.
0,5 m/seg y para líquidos cloacales de 1 m/seg. MATERIAL DE LAS CAÑERIAS. Cuanto más flexible es el material de las tuberías menos probabilidades tenemos de que se produzcan golpes de ariete, Si generamos un pico de sobre presión en una manguera esta se movilizará, flexionará y hasta expandirá esto hace que se disminuya o absorba totalmente la pulsación pasando desapercibida aguas arriba. Ahora a medida que utilizamos cañerías más rígidas (PVC, Cobre, bronce, acero, etc.) menos se movilizan, flexionan y expanden, por eso estas pulsaciones se transmiten y circulan chocando contra cañerías y válvulas. DISEÑO. Muchas veces el diseño de la instalación suma posibilidades de que ocurra el efecto no deseado. Si la velocidad de circulación es alta debemos lograr que los giros que deba hacer el líquido sean en el menor ángulo posible. Evitar reducciones o válvulas a medio cerrar o disminuyan el paso. NUMERO DE BOMBAS. Es común que en un sistema de bombeo tengamos dos bombas trabajando en paralelo (muchas veces más de dos). Cuando dos electrobombas trabajan en paralelo el caudal resultante del conjunto será la suma del caudal de los equipos. De aquí surgen dos observaciones, si la cañería no está correctamente dimensionada para el caudal resultante tendremos mucha velocidad de circulación, y así sumamos probabilidades. TODO LO QUE SUBE. Otra situación que agrava este efecto es el largo de las cañerías y su desarrollo en el alto. Cuando tenemos cañerías que elevan en altura gran cantidad de metros (en vertical o en una pendiente) al detenerse el equipo esa masa líquida que estaba en movimiento en sentido ascendente se detiene y por efecto de la gravedad invierte su sentido de circulación cayendo, dependiendo de cuan brusca sea la detención del equipo y el volumen que está en movimiento será la gravedad del golpe de ariete.
*Ver M3h nro 16. La velocidad (m/seg) a que circule el líquido en el caño se calcula del cociente del caudal (m3/seg) sobre la sección de la tubería (m2). Por lo que cuanto menor sea la cañería mayor será la velocidad y más propicia la situación para que sucedan los “golpes de ariete”. La velocidad de circulación máxima dependerá de las particularidades del sistema: líquido y su densidad; caudales; material de las tuberías; velocidades de apertura y cierre de válvulas; etc. Lo ideal es siempre no superar los 2 (a 2,5) m/seg, siempre teniendo en cuenta que la velocidad mínima para agua limpia es de
ACELERACIÓN – DESACELERACIÓN. Como vamos viendo en las distintas causas, la mayor parte del problema se centra en cuan gradual sea el cambio de velocidad de la velocidad máxima a cero y de cero a la velocidad máxima. Los tiempos de aperturas y cierres de válvulas hacen la diferencia lo mismo el tipo de arranque del motor y su incidencia en la velocidad que va tomando el líquido.